2021年度公募 seeds-2006 - 【中国・四国】 水中の複数成分を数秒で絶対定量する電気化学分析システム
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VISIONビジョン

VISION

ビジョン

革新的電気化学分析セルにより、分離も検量線も時間も必要ない
同時多成分分析を目指す。

高速液体クロマトグラフィーシステムに必要な高圧ポンプやカラムを不要した安価なオンサイト分析装置の実現

高速液体クロマトグラフィー(HPLC)は、数々の分析装置を実用化につなげるのに最も貢献した分離・検出技術です。HPLCは、ターゲット化合物群を成分ごとに分離する「カラム」と、それぞれの化合物の量をシグナルに変換する「検出器」がオンラインでつながったシステムです。分子と弱く相互作用する微粒子が詰まったカラム中に溶液を流し、異なる速度で各分子が進むことで、空間的に化合物が分離されます。残念ながら、試料成分の移動速度を全体的に遅くする本手法では、とりわけ分離すべき成分が多い場合に分析時間が長期化します。特に微量分子がターゲットの場合、カラム内をゆっくり通過している間に、分子拡散により濃度がうすまり分析困難になります。さらに、測定成分すべてに対する標準試料による検量線作成の手間や、高圧ポンプが必要でありオンサイト分析に不適です。
以上の問題に対し、本研究では、HPLCに必要であった高圧ポンプ、カラム、検量線作成の手間を省き得る、選択性に優れた複数の電気化学検出器(電極触媒)が集積化された電気化学システムを開発します。

USE CASE

最終用途例

水中の様々な微量成分を高感度に一括分析することが可能

USE CASE 01河川・土壌中の重金属イオンをオンサイト分析

APPLICATION

APPLICATION

5種類の重金属イオン(ひ素、鉛、カドミウム、セレン、水銀)を1分程度ですべて絶対定量

発展途上国では、河川、土壌、飲料水中に含まれる重金属イオンによる健康被害が問題となっています。本研究では、水中や土壌中に含まれる極微量(<10 ppb以下)の重金属イオンを瞬時に絶対定量するセンサを提供します。

USE CASE 02溶存気体センサ

APPLICATION

APPLICATION

水中に溶存した気体を検量線フリーで分析

酸素や二酸化炭素といった気体成分は、その溶解度の温度依存性のため、標準試料による検量線の作成が極めて困難です。開発する分析システムでは、複数の溶存気体成分の迅速な絶対定量に応用可能です。

STRENGTHS

強み

様々な測定対象群に対し選択性をカスタマイズ可能な電気化学分析システム

STRENGTHS 01

測定対象群に合わせたオーダーメイドの電気化学システムを提案します。

分離や検出に必要な条件は、その測定条件によって大きく異なります。本研究で開発する電気化学システムは、測定対象分子群に合わせた多孔質電極触媒の開発により、測定対象を拡張することが可能です。

STRENGTHS 02

既存のHPLCシステムと組み合わせることで、分離・検出特性を大幅に向上可能。

分子構造がよく似た化合物をHPLCシステムで分離することは極めて困難です。本研究で開発する電気化学分析システムは、分子の酸化・還元電位による分離検出を可能とし、HPLCシステムの検出器として利用可能です。

STRENGTHS 03

測定、前処理を自動化可能なフローインジェクション分析システム

フローインジェクション分析は複数流路の活用により分析プロセスを自動化できます。本研究で開発する電気化学システムと組み合わせることで、誰でも簡単に使えるオンサイト分析装置となります。

TECHNOLOGY

テクノロジー

触媒作用の異なる薄膜電極を共スパッタ法により室温形成

TECHNOLOGY 01

反応性の低いカーボン薄膜から反応性の高い金属・合金ナノ粒子までシリーズで開発可能

カーボンおよび二種金属の3つのターゲットが独立配置された共スパッタ装置を用いて、カーボン薄膜、金属・合金ナノ粒子埋め込みカーボン薄膜電極を作製し、測定対象を高感度・高選択的に検出します。

PRESENTATION

共同研究仮説

分離できない、感度が足りない、そんな分析事例はありませんか?

共同研究仮説01

電気化学活性さえあれば、どんな対象でも分析できる可能性があります。

本研究で開発する電気化学分析システムは、電気化学活性のある分子すべてを分析対象とすることができます。各分子の反応電位を触媒設計でコントロールします。

EVENT MOVIE

イベント動画

RESEARCHER

研究者

芝 駿介 愛媛大学 大学院理工学研究科
経歴

2018年4月~2019年3月 埼玉工業大学 先端科学研究所 特別研究員

2019年4月~現在 愛媛大学 大学院理工学研究科 助教

(Webページ:http://www.ach.ehime-u.ac.jp/phys/)